[發明專利]一種激光打孔光學元件的驅動電機控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201210576848.X
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103028843A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 江浩;楊小君;趙衛
• 申請（專利權）人: 中科中涵激光設備（福建）股份有限公司
• 主分類號: B23K26/08
• 分類號: B23K26/08;B23K26/38
• 代理公司: 西安西交通盛知識產權代理有限責任公司 61217
• 代理人: 陳翠蘭

技術領域

本發明屬于激光加工領域，具體涉及一種激光打孔用的光學元件的電機控制系統及控制方法。

背景技術

折射角很小的棱鏡稱之為光楔，而雙光楔是由指折射率相同、折射角相等的2塊互相鄰近的光楔組成的。在激光打孔時，通過電機帶動兩個光楔同步旋轉，使得激光在雙光楔的作用下進行掃描運動。依據現有理論，若光楔的折射角α和光線的入射角很小時，其偏向角為δ=（n-1）α，因此通過兩個光楔的相對運動可以產生不同的掃描圖形，這些特性已經得到日益廣泛的應用。在傳統的雙光楔控制中通常都是利用上位控制器及其軟件讓兩個電機分別帶動各自的光楔進行旋轉，并通過一定的運動速度比來實現不同的圖形。

四光楔掃描頭是由上述兩對雙光楔所組成的系統。其控制方法正是利用了雙光楔基本理論所形成的光斑軌跡以實現不同材料的微孔加工。如圖1所示，為專利CN202123322U的四光楔示意圖。沿光路，依次布置激光器、擴束鏡1、45度全反鏡2、旋光系統3；旋光系統3包含第一棱鏡31、第二棱鏡32、第三棱鏡33、第四棱鏡34，第一楔鏡31和第二楔鏡32為楔角相同的楔棱鏡，第一楔棱鏡31或第二楔棱鏡32與上下直接運動機構相連，可沿軸線上下移動，第三楔棱鏡33和第四楔棱鏡34為角度相同的楔棱鏡，第三楔棱鏡或第四楔棱鏡與旋轉機構相連，一起繞軸線旋轉，旋光系統3的輸出端布置有聚焦鏡4，聚焦鏡4正對于加工平臺5。

如上所述，目前雙光楔系統控制中其光學元件都是通過上位機對各個電機分別控制來實現光斑在像面上的不同軌跡的。例如兩光楔的旋轉速度分別為W1、W2，若W1:W2=1:1或者W1:W2=1:-1時，所得到的掃描軌跡分別為圓和直線。但是由于上位機的控制周期及電機的響應等問題，利用上位控制器分別控制各個電機時不可避免的會產生一定的跟隨誤差，該誤差利用上位控制器無法完全彌補，從而會造成電機之間速度比與預設值有誤差最終無法保證掃描出來的圖形精確度。

發明內容

本發明提出了一種在激光打孔中使用的多光楔驅動電機的控制系統和控制方法。本發明中利用電機的編碼器反饋來形成多個電機間的主從控制回路，通過主電機的編碼器反饋來實時的發送給從電機以彌補電機間產生的相對誤差，從而保證了四光楔掃描裝置在微孔加工中的圓度等工藝參數。

本發明的目的是通過下述技術方案來實現的，具體如下：

一種激光打孔的光學元件的驅動電機控制系統，包括指令發送部、指令運算部、電機驅動部、多個電機、多個光學元件；指令發送部發送初始指令值給指令運算部，指令運算部接受指令發送部發出的指令信號，并根據反饋的電機的實時速度信號，生成電機的運轉速度信號；電機驅動部根據指令運算部發出的運轉速度信號，驅動電機運轉，電機帶動光學元件轉動；所述指令運算部包括孔徑控制部，控制多個電機中的第一電機M1和第二電機M2以速度V1和V2分別轉動，第一電機驅動第一光學元件W1，第二電機驅動第二光學元件W2；通過改變V1和/或V2，使第一光學元件和第二光學元件之間的位置產生偏差角Δθ。

進一步地，所述多個光學元件是光楔。

進一步地，孔徑控制部通過改變V1和V2，使兩者之間的速度差ΔV為一隨時間變化的值。

進一步地，電機驅動部驅動第三電機，第三電機同時帶動第三光學元件和第四光學元件作勻速旋轉。

進一步地，還包括錐度控制部，控制第四電機帶動第四光學元件作沿光軸的直線運動，使穿過光學元件的光線發生橫向位移。

進一步地，錐度控制部通過改變第四光學元件直線運動的距離，改變橫向位移量。

進一步地，采集第三電機的位置信號，轉換為電機M1、M2的速度反饋信號給指令運算部。

進一步地，還包括基準速度控制部根據指令發送部發送初始指令值驅動多個電機以相同的初始轉速V進行旋轉。

進一步地，所述光學元件個數為4。

一種激光打孔的多個光學元件的驅動電機控制系統的控制方法，其中多個光學元件中的第一、第二光學元件分別由第一電機和第二電機驅動旋轉，第三和第四光學元件均由第三電機驅動旋轉，且第四光學元件可由第四電機驅動作直線運動，該方法包括如下步驟：

(1).指令發送部發出轉速指令至指令運算部；

(2).指令運算部接受指令發送部發出的指令信號，并根據反饋的電機的實時速度信號，生成電機的運轉速度信號；指令運算部中的基準速度控制部根據指令發送部發送初始指令值驅動多個電機以相同的初始轉速V進行旋轉；